灌区流量信息化方案——灌区闸门自控信息化

一、［摘要］

本方案介绍了灌区闸门自控信息化中流量信息化方案的硬件构成、软件架构、功能特点、优势等。系统采用威控科技RTU-2600和RTU-1600（低功耗）系列智能测控终端作为监控系统硬件核心，通讯上采用有线和无线结合的方式，服务器端采用基于MicrosoftSQLServer2005数据库和VB.Net,ASP.Net开发的基于WebEnable的流量信息系统，从而实现了远程水量计量，实时监控监测点的运行流量，根据远程返回的数据工作人员不到现场也可以监测灌区分水口流量情况，并对出现的不正常情况（流量不稳定等）及时做出相应的处理。

二、项目背景

灌区水情数据自动监测和运行控制是灌区用水智能化管理的基础，亦是数字化灌区建设的重要组成部分。它对于及时准确掌握灌区水情、调度配置灌溉水量、控制闸涵启闭、提高灌区用水管理决策水平均具有重要意义。灌区水情自动监测的内容包括河渠及闸涵的水位、流量、含沙量，闸涵泵的运行状态以及地下水的水位及含盐量、土壤含水量、降雨量等。

原有灌区拥有1114个斗口和138个支口，目前的情况是多半采用人工计量的方法，信息发送不及时，读取信息需要花费大量人力物力，劳动强度大，信息的准确性和及时性不强。原有的闸门封闭性差，造成水量损失，闸门的启闭由人工操作来完成。灌区的通讯方面，在主干铺设了光缆，在灌区内采用模拟的无线信号实现了固定和移动电话网。

灌区闸门自控信息化的基本需求为：
1．在1114个斗口实现信息远传，传水位信号，所依赖的通讯方式可选择固定电话网和移动网；
2．调度中心通过B/S服务器接收水位信号，发布信息，数据分析，实现流量监控和水量统计；
3．在138个支口实现闸门控制及信息远传，部分支口实现视频监控；
4．对于138个支口还需要选用合理的机械设备和强电自控执行设备；
5．支口的通讯依赖主干的光缆；
由于预算的原因，本文描述灌区1252个分水口的流量信息化方案，同时附件给出了闸门自控信息化方案。

三、灌区流量信息化系统设计

根据项目需求情况整个系统被分成三大部分，一部分是现场数据采集装置，实时将现场水位等数据采集到智能监控终端内，同时根据现场情况实现采集点现场的自动报警，防止事故的发生；第二部分是上位机监测中心，它实现对数据的接收、存储、显示、报表打印输出等信息管理工作和进行特殊情况的监控中心预警，其Web发布功能使得用户可以方便的通过IE访问实时和历史数据；最后一部分是将检测到的水位等数据以手机短信息的方式直接发送到管理人员的移动电话上，使管理人员随时随地都能够了解到现场的情况。

现场水位数据的实时采集，通过以太网、GPRS、PSTN、ADSL等方式发送到监控中心。水位计通过模拟量接口和威控科技智能测控终端RTU-2600或者RTU-1600相连接。数据采集到智能终端后，经过数据打包，再利用以上通讯方式发送到远端的监控中心服务器上，监控中心服务器装有服务器端软件，对接收的数据进行存储、分析、显示。出于对信息安全、科学管理的需要，给有数据访问需求的部门或人员配置访问数据的不同用户名和权限，用户通过IE实时查看并配置监测到的现场数据。另一方面，现场检测的数据通过智能终端内部的程序设定可以直接发送到相关管理人员的移动电话上，通过这种主动的方式实现随时随地汇报现场信息。

四、系统示意图

RTU-2600或者RTU-1600采集收集到的数据直接通过以太网、GPRS、PSTN、ADSL等方式传送到监控中心。下图为GPRS方式样图。

五、灌区流量信息化系统组成与结构

1．现场数据采集传输硬件
（1）远程测控终端
威控科技可编程远程测控终端将采集、控制、通讯三种功能合为一体，实现对数据的采集和传输，它是整个系统的前端核心。利用自身所具有的开关量和模拟量数据采集接口采集数据，并通过自身所配备的以太网、GPRS、PSTN、ADSL通讯接口将数据发送至远端监控中心。由于此智能终端提供了方便的二次开发C语言平台，可以开发各种复杂的算法并且可与组态软件的无缝连接。我们通过智能终端内部的编程可以将传感器或智能仪表传输上来的数据进行一些处理再发送至远端管理中心，并且实现间歇性数据传输，降低数据传输的流量资费。智能仪表可以通过RS-485接口或者模拟量接口直接和智能终端进行通讯。
（2）通讯方式的选择
a.灌区有移动网的情况下优先选用GPRS通讯方式。
b.灌区无移动网的情况下，选用固定电话PSTN或者ADSL通讯方式，其中PSTN方式另配威控科技DCM-100嵌入式通讯模块，ADSL方式配ADSLModem。
c.在主干具备光缆通讯条件，使用以太网通讯方式。
（3）现场数据显示、操作终端使用串口通讯方式和Microsoft超级终端。
其作用为方便灌区管理人员或者工作人员在现场对设备进行一些参数的设置和调整。包括数据传输间隔、查询当前水位数据等。
（4）现场箱体
（5）电源供电
a.现场具备AC220，可用开关电源供电，用RTU-2600。
b.现场无法供电，可用蓄电池供电，定期更换，更换周期为2年，用威控科技低功耗RTU-1600，休眠时功耗可到100uA。
（6）水位传感器
传统的水位采集方法是人工从安放在河渠岸边的水尺上读数据，后来采用了以机械或电气传动的模拟式自动水位计。现在自动数传监测系统中，已广泛应用了水位传感器。用于河渠水位测量的传感器有：浮子式水位传感器、水位跟踪式传感器、超声波水位传感器、压力式水位传感器等。
超声波水位计属于非接触式的传感器，测量精度高，运行稳定，但是部署比较麻烦，要求有足够的发射角才能工作。由于现场目前只是在测量井里装备了连通器，所以如果要使用超声波水位计必须要扩大连通器的直径，这给施工带来很多不便。
由于灌区为黄河水质，含沙量大，所以采用压力式水位传感器，在有自由出流条件的监测渠段，直接测出水位，再利用Q～H曲线进行查算得到流量数据，进而获得水量统计。

六、灌区流量信息化系统功能

监控系统按照功能可分为二部分：监控中心（MCC）、本地站（LCM）。监控中心（MCC）相对于管理站，本地站（LCM）相对于计量站。监控中心（MCC）与本地站（LCM）之间采用混合组网方式进行数据传输。

1、监控中心（MCC）的主要功能：
1）系统登陆
提供登陆界面，用户以不同身份登陆，访问权限内的界面和数据。
2）操作员管理
管理员可以添加、删除、浏览所有用户。
操作员管理
3）档案管理
管理现场的区域档案、终端档案、计量点档案以及设置抄表计划。
配置档案
4）全网监视
在线监视全网运行工况和具体参数，数据与现场保持同步，并用数字、趋势图、表格、棒图等方式显示数据。
GIS界面
数据查询
直方图
5）报警
对各类故障、事故、参数超限提供报警。
6）数据存储
对实时数据、报警信息进行存储，可随时调用、检索、查询、打印以供分析参考。
7）报表打印
可打印班、日、月、年生产报表、运行趋势图。
报表处理
2、本地站（LCM）的主要功能
LCM是指分水口测量站。LCM是自主的、功能完善的智能单元，是由智能远程测控终端和现场显示设备、数据采集传感器及仪表组成，这些单元安装在不同类型的计量站内。
LCM的功能如下：
a.现场数据采集、数据处理、数据显示、流量累计计算。可对水位、流量等参数实现就地监视控制。
b.独立完成本地调节，闭环监控。
c.独立完成开环控制，联锁控制。
d.配备必要的软硬件及人机接口，可现场设定、修改参数,可以最大限度地提计量站的自控水平。
e.设置各种报警参数、报警处理及报警确认。
f.数据上传监控中心计算机并接受监控中心计算机指令，完成控制任务。
g.通过GSM短信息的方式向管理人员主动汇报现场实时流量，达到真正的无人职守作业。

七、关于系统整体可执行性和安全性的描述

系统现场数据采集传输设备均选用达到工业级标准且适合灌区监控安全作业规范的硬件产品，在电器外部加套密封电器箱，到达防风、防潮、防尘的作用。
上位机管理软件采用MicrosoftSQLServer2005数据库和VB.Net可视化编程软件来设计、构架。
系统运行如采用GPRS无线数传的方式，需要向中国移动交纳GPRS信息流量费用。根据系统运行情况和数据传输的情况现列无线运行费用如下：
GPRS月基本数据费5元，流量20MB；超过按0.01元/KB计收。
注：以上数据来自北京移动通讯公司，如需外地服务，漫游费请咨询当地1860。
灌区节水改造、水情自动监测、运行自动控制，应是传统水利向现代水利转变的重要标志，现代传感技术、计算机技术、通信技术、网络技术是实现这一转变的重要手段。它对于节约用水和提高用水效率，解决水资源供需矛盾，实现水资源优化配制和可持续利用具有革命性的意义。可以相信，在稳步引进和积极消化吸收西方发达国家技术和经验的同时，一个有中国特色的、多样化的灌区水情及运行自动监控技术体系会很快发展起来。